The load in the electricity grid fluctuates during the day and between seasons. As a distribution system operator (DSO), an uneven load profile leads to increased transmission losses and unnecessary high costs for subscribing power from the feeding grid. Efficiency measures and a more even power consumption by the end-users, could therefore lead to that a DSO can achieve lower costs for power-subscription from the feeding grid and transmission losses, but also implies a lowered cap of total revenues. As a step towards implementing the EU energy efficiency directive, the Energy Markets Inspectorate (Ei) have developed two economic incentives which enables for DSOs to profit economically from cost reductions related to transmission losses and feeding grid. For this reason the electricity suppliers Storuman Energi and Affärsverken Energi sees a possibility to offer a load shift-service to low voltage DSOs using the flexibility in the demand of electrically heated households. The aim of this study is therefore to demonstrate how a service such as this one can be valued in the Swedish electricity market. The task at hand was examined by conducting a survey of the values of demand-side flexibility, as well as an investigation of how the costs for the end-user and incentives for the DSO are affected by flexibility. A review of the values associated with demand-side flexibility has been conducted for electricity suppliers, DSOs and end-users. With regard to the DSOs, the main value is connected to the new economic incentives from Ei, whose potential depends on the properties of the grid and the tariff for the feeding grid. Other values related to operation and delivery reliability can also be achieved. The main values for electricity suppliers are a lowered risk for unbalance following as a consequence of better knowledge of their end-users’ usage, and also the possibility to profit by offering a load shift-service. The values for end-users have been divided between cost reductions and system benefits, both of which are regarded to compensate the remuneration end-users require to offer their flexibility. By adapting consumption after the spot market price or the grid tariff, lowered costs for electricity can be achieved. The end-users can also appreciate system-benefits such as the facilitation for intermittent renewable electricity production, electric vehicles and reducing the societal dependency on expensive fossil-fuelled power generation as positive. They do on the other hand regard a possible depreciation of the heat comfort, data confidentiality and reduced control over one’s own electricity consumption as negative. If the service can be bundled with equipment which yields other values, such as an increased heat comfort, the end-users’ demand for remuneration can decrease. To explore what effects demand-side flexibility can have on the electricity costs of end-users and the economic incentives for DSOs, a case study is conducted in the electricity distribution grid of Karlskrona. Through review of previous studies, a potential for demand reductions was established and used as input in the case study. It can be determined that the incentive for a more even load profile constitutes a substantially greater share of the total incentives, compared to the incentive for reduced distribution losses. It is further concluded that a fairly large part of the incentives can be achieved by controlling the end-users on only a few occasions each year. It is also established that the cost reductions for end-users can match their demand for remuneration. A future scenario with more electrical vehicles connected to the grid for charging, greatly increases the possible benefits for both the DSO and end-users. Through the investigation of different possible designs for the energy service, it is recommended that the demand side management of end-users is placed in the hands of an electricity supplier responsible for balancing the consumption of the end-users. A procurement-procedure is deemed problematicfollowing the risk for unproportional use of resources and time. As a result of this, the energy service should not be traded directly between DSOs and electricity suppliers. Instead, it is proposed that the DSO develops a time-differentiated tariff, after which the electricity supplier can adapt the end-users’ consumption. Since the results indicate that controlling the end-users consumption on just a few occasions is sufficient to yield large benefits for the DSO, a grid-tariff with critical peak pricing is recommended. This tariff employs a high price for shorter periods of time when the grid load is peaking and a rebated price during all other occasions. This opens up for controlling the use during the other days according to the spot market price. As the electricity supplier grants the end-user lowered costs for both the electricity grid and trading, they have the opportunity to apply a charge for the service. Both the DSO, end-user and electricity supplier is presumed to improve their profitability with this design. When implementing the energy service, a couple of aspects are important to shed light on. The grid-tariff of the end-user and the tariff for the feeding grid needs to be synchronized with each other, to stimulate the same type of load shifts. It should also be noted that the possible gain from the incentives will decrease as demand side management-measures is taken since the reference-level from which a comparison is made improves. Another interesting aspect is that the regulation stipulates that only a certain percentage of the cost reductions will result in incentives, thus limiting the amount of profitable measures. Since the costs and revenues between the actors in the transmission system (low and medium voltage DSOs and the TSO) are interdependent, the revenue loss for the medium voltage DSO resulting from the cost reduction for the low voltage DSO, can result in a recoil effect. Lastly, a widespread introduction of control equipment to end-users can facilitate other uses for the demand-side flexibility. / Belastningen i elnätet varierar under dagen och mellan olika säsonger. Att som nätägare ha en ojämn belastning i sitt nät leder till ökade nätförluster och onödigt höga kostnader för att abonnera effekt från det överliggande nätet. Effektiviseringar i nätet och ett jämnare effektuttag av användarna kan därmed leda till att en nätägare kan erhålla minskade kostnader för abonnerad effekt från överliggande nät och nätförluster, men innebär också en sänkt intäktsram för nätägaren. Vid implementering av EU:s energieffektiviseringsdirektiv har Energimarknadsinspektionen tagit fram två ekonomiska incitament som möjliggör för nätägare att dra nytta av kostnadsminskningar för nätförluster och överliggande nät. Av denna anledning ser elhandelsbolagen Storuman Energi och Affärsverken Energi möjligheter att, med hjälp av efterfrågeflexibilitet hos framförallt eluppvärmda hushåll, erbjuda en laststyrningstjänst till lokalnätsnätägare. Syftet med denna studie är därmed att demonstrera hur en tjänst som denna kan värdesättas av aktörerna på den svenska elmarknaden. Frågan behandlas genom att undersöka vilka värden efterfrågeflexibilitet kan ge upphov till, exempelvis hur slutanvändares elkostnader och nätägares ekonomiska incitament påverkas av efterfrågeflexibilitet. En inventering har gjorts av efterfrågeflexibilitetens värde för elhandlare, nätägare och slutanvändare. För nätägare bedöms de huvudsakliga värdena finnas kring de nya ekonomiska incitamenten, vars potential beror på nätets förutsättningar och regionnätstariffen. Det finns också nyttor kopplade till driftsäkerhet och leveranskvalitet. Elhandlare kan dra nytta av en lägre risk för obalans genom att de får bättre uppfattning om sina kunders användningsmönster, samt möjligheten att även debitera för utförd laststyrningstjänst. För slutanvändare har värdena delats upp i kostnadsminskningar och systemnyttor. Båda dessa anses kunna kompensera för de krav på ersättning som slutanvändare har för att bidra med sin flexibilitet. Genom anpassning efter exempelvis spotpris eller en nättariff kan lägre kostnader för elhandel respektive nät erhållas. Vad gäller systemnyttor kan följder som att exempelvis främja intermittent förnybar elproduktion, underlätta införande av en eldriven fordonsflotta samt att minska beroendet av dyra fossileldade produktionsslag ses som positiva. Å andra sidan bedöms en upplevd risk för försämrad värmekomfort och datasekretess samt minskad kontroll över sin användning spela in som negativa värden. Om tjänsten kan paketeras tillsammans med utrustning som även ger andra mervärden, exempelvis möjliggör en ökad värmekomfort, kan slutanvändares ersättningskrav minska. För att utreda vilken konkret påverkan efterfrågeflexibilitet kan ha på slutanvändares elkostnader och nätägares ekonomiska incitament görs en undersökning i Karlskronas lokalnät. Där appliceras den potential för efterfrågeflexibilitet som tidigare studier visat på. Det konstateras att incitamentet för jämnare nätbelastning visar betydligt större potential än det för minskade nätförluster samt att en stor del av incitamenten går att erhålla genom att styra endast ett fåtal tillfällen varje år. Vidare pekar resultatet på att slutanvändares kostnadsminskningar kan nå upp i nivåer som motsvarar deras ersättningskrav. Ett framtidsscenario med fler elfordon ger mycket större ekonomisk potential för både nätägare och slutanvändare. Efter att ha utrett olika alternativa utformningar för energitjänsten föreslås att passiv efterfrågeflexibilitet tillämpas genom att laststyrning av slutanvändare sker av en elhandlande aggregator med balansansvar. Ett upphandlingsförfarande bedöms medföra risk för stor resurs- och tidsåtgång, varför handel av tjänsten inte bör äga rum mellan elhandlare och nätägare. Men för att elhandlare ändå ska kunna ta del av värdet från de ekonomiska incitamenten föreslås att nätägaren tar fram en tidsdifferentierad nättariff, vilken elhandlaren kan laststyra slutanvändare efter. Då resultatet pekar på att styrning under endast ett fåtal tillfällen är erforderligt kan en nättariff av typen spetspristariff tillämpas, där kostnaden för effektuttag kraftigt stiger när belastningen är hög i nätet. Då möjliggörs styrning efter exempelvis spotpris de tillfällen som inte är nödvändiga att styra med hänsyn till nätet, eftersom kostnaden för effektuttag då är låg. Genom att elhandlare på så sätt kan erbjuda slutanvändare lägre kostnader för både nät och elhandel har de möjlighet att debitera slutanvändare en avgift för utförd tjänst. Med denna utformning anses både nätägare, elhandlare och slutanvändare kunna nå en ökad lönsamhet. Vid införandet av energitjänsten är ett antal aspekter viktiga att belysa. Slutanvändares nättariff och lokalnätets tariff för överliggande nät spelar en viktig roll då de behöver stimulera till att samma styrning utförs, exempelvis om det är fördelaktigt att styrning sker ofta eller mer sällan. Då incitamentens nivå bestäms utifrån en referensperiod kommer möjlig avkastning att avta i takt med att förbättringar görs. I nätregleringen är det fastställt att bara en viss del av kostnadsbesparingarna erhålls i form av de ekonomiska incitamenten, vilket innebär att vilka åtgärder som är lönsamma begränsas. Genom att kostnader och intäkter är tätt sammankopplade mellan aktörerna i elnätet (lokal-, region- och stamnät) kan regionnätets intäktsbortfall till följd av lokalnätets lägre kostnader, ge upphov till rekyleffekter. Att storskaligt installera styrutrustning hos slutanvändare kan också möjliggöra andra användningsområden, med andra ord skapas det en plattform för efterfrågeflexibilitet.

The thesis aims to obtain a holistic perspective of opportunities, drivers and barriers that different grid customers experience when enabling demand side flexibility. Due to the increasing problems of capacity shortage of electricity in large cities in Sweden, solutions on the demand side of the electric power grid have become increasingly interesting. Demand side flexibility is a voluntary change of demanded electricity from the grid due to some kind of incentive, which can help support balancing the electric power grid to avoid capacity shortages. Furthermore, the energy transition towards a decentralised power system with an increasing share of variable renewable energy requires a changed demand profile. In this research, a qualitative research methodology was applied. Eleven semi-structured interviews were conducted with case companies within the industry and property company segment. Interviews were also conducted with three actors on the electric power market providing services to aggregate the potential of smaller flexibility resources, as well as with an expert from the Swedish Energy Market Inspectorate. A State of the Art review was completed in order to collect theory and draft previously identified aspects of demand side flexibility. The result shows that the concept is not unknown amongst electricity customers. However, there is a limited knowledge and interest in enabling demand side flexibility. The knowledge gap includes the awareness of potential flexibility resources as well as business opportunities of providing flexibility services. Conflicting priorities within organisations also presents an important barrier, where other easier and more profitable measures may be prioritised. There is also a fear of disrupting core business by causing loss of quality, comfort or production, which proposes a barrier. To overcome mentioned barriers and increase flexibility the financial benefits have to be distinctive and clear. Further, case companies express an ambition of contribution to the environment and sustainable development. By increasing the awareness of the benefits which increased flexibility induces, electricity consumers can become more motivated in adapting a flexible consumption. In addition, case companies express a desire of being early adopters in order to prevent future forced participation or termination of business. In order to enable demand side flexibility the knowledge and interest of the concept must increase. This should be done by providing clear, comprehensible information about the business opportunities of demand side flexibility as well as showcasing successful examples of implementation. Furthermore, it should include suggestions of easy, economical measures different grid customers could carry out to increase their flexibility. By providing this information the interest in flexibility can increase, thus increase the implementation and participation.

The fact that household customers are central in the discussion of future sustainable energy systems compels the Swedish electricity retail companies to provide strategies in order to successfully follow the trends on the electricity market. The purpose of this thesis is to complement the electricity retail companies’ understanding of how they are able to enter a sustainable and close business relationship with these customers. The purpose is fulfilled by the analysis of how relationship concepts impact the development of demand response specifically. The information has been collected through a case study of Smart Customer Gotland, via interviews with people who have great experience from the field and via a survey directed towards the customers. The results indicate that there is a major difference in both of the actors’ visions regarding the relationship. The company desires to enter a position where less support and high customization is available. Customers instead want more personal support because of their lack of knowledge and uncertainty of new systems. To succeed, the companies have to consider the fundamental influencing incentives, economy and comfort, while also maintaining the customers’ trust. The most essential parts of the context specific relationship exchange are product exchange, information exchange, and social exchange. These should be directed towards maintaining and increasing the trust from customers. Focusing the resources earlier used for marketing, on these exchanges to make the current customers more satisfied will open up for using word-of mouth primarily from early adopters. Continued work with these early adopters will also increase companies’ knowledge, which is important for the companies to strategically develop its business towards the market of smart energy solutions.

Smarta elnät nämns ofta som ett sätt att hantera ökad elektrifiering av transporter och industri och en växande andel väderberoende elproduktion. Ett syfte med det här examensarbetet är att studera möjliga följder för lokalnätägaren Sala-Heby Energi Elnät AB, om småhuskunder använder smart styrning av elvärmesystem för att sänka sina elnätsfakturor. Med rådande tariffmodell betalar småhusägaren för den gångna månadens tre högsta timmedeleffekter kl. 07 till 19 helgfria vardagar. Hur nätägaren påverkas av styrning, är en central fråga för projektet Auto-Flex, som startade i januari 2021. Uppsatsens litteraturstudie pekar på att efterfrågeflexibilitet kan ge olika följder för elnätet och för elmarknadens parter, beroende på vilka incitament som används för att skapa ett flexibelt beteende. Med efterfrågeflexibilitet avses här kunders förmåga att flytta eller minska sitt lastuttag från elnätet. I det här examensarbetet utförs beräkningar i Excel för att undersöka följderna av laststyrning och analysen utgår från historiska elmätardata från ca 140 anonymiserade hushållskunder samt från data över effektuttag från regionnätet. Beräkningarna visar att styrning som gynnar kunden ekonomiskt blir en förlustaffärför Sala-Heby Energi Elnät AB, trots sänkt effektuttag från regionnätet. Det gäller, i de flesta fall, även när extra styrning läggs till under timmar då effektuttaget från regionnätet är högt. Resultaten bygger på förenklade beräkningar, där ingen hänsyn tagits till hur effektsänkning av elvärmesystem samspelar med väderfaktorer eller med styrningens varaktighet. Samma effektsänkning har antagits vid varje styrtillfälle och för alla hushåll. Ett andra syfte med det här examensarbetet är att undersöka hur huvudaktörerna i projektet Auto-Flex ser på säkerhetsfrågor i samband utvecklingen mot ett mer IT-beroende elnät. Därför genomfördes två semistrukturerade intervjuer, med integritet, leveranssäkerhet och affärsmodeller som teman. Intervjupersonerna lyfte inga allvarliga hot kopplade till projektet Auto-Flex. Samtidigt kunde de se teoretiska risker med storskalig smart laststyrning i kapacitetssvaga elnät. Mer forskning behövs om smarta elnät och hållbarhet. Kopplingen mellan incitament till flexibilitet och flexibilitetens inverkan på elnätet, hur sårbarheter kopplade till informationsteknik påverkar elnätets leveranssäkerhet och hur smartteknik står sig miljömässigt i förhållande till nätutbyggnad är tre intressanta områden. / By facilitating demand side management, smart grids are expected to smooth the way for a transition to cleaner electric energy. This bachelor’s thesis aims to analyse the consequences for a distribution system operator (DSO) of direct load control,which is set to minimize the consumer’s bill for power transmission. This is also a central theme in the recently initiated Auto-Flex smart grid project, with main actors DSO Sala-Heby Energi Elnät AB and tech company Ngenic AB. The included study of scientific articles points out that the impact of demand response on electric grids is largely determined by incentives used to harvest demand side flexibility. In this thesis, the consequences of direct load control are examined by means of simplified calculations in Excel, analysing electric meter data from approximately 140 anonymous customers, in addition to power supply data for the township connection to the regional distribution grid. If customers with electric heating systems would install load control equipment to lower their power transmission bills, the local DSO would experience reduced revenues. The reduction in revenues would not be offset economically by curbed peak power transmission from the regional grid, according to the executed calculations. Even if extra load control was added in peak days, the net economic result for the local DSO would still be negative in most of the studied cases. Individual characteristics of heating systems and buildings have not been accounted for in this study, neither has the correlation between load reduction, outdoor temperature and load control duration. A second aim of this thesis is to examine attitudes of the main actors in the Auto-Flex project on confidentiality, reliability and demand side management business models in relation to the development of smart grids. Through semi-structured interviews, it was revealed that neither chief executive officer of Ngenic AB, Björn Berg, nor chief grid officer of Sala-Heby Energi Elnät AB, Per-Erik Johansson, see any severe threats against customer confidentiality, nor against power reliability, when implementing direct load control within the project. However, it was pointed out that an electric grid with very low physical capacity could become vulnerable to load control failures. Further examination of the connection between business models, power reliability, and cyber security are crucial to ensure socially, economically, and environmentally sustainable smart grids.

Elektrifieringen av bilflottan sker i rasande takt. Även andra samhällssektorers efterfrågan på el väntas öka drastiskt under kommande decennier, vilket i kombination med en växande andel intermittenta energikällor trappar upp påfrestningarna på elnätet och ställer krav på anpassningar. En föreslagen dellösning till kraftsystemets kommande utmaningar är att utnyttja efterfrågeflexibiliteten i laddande elbilar genom att en aggregator styr ett stort antal elbilsladdare och säljer den sammanlagda kapaciteten på till exempel Svenska kraftnäts stödtjänstmarknader.  För att avgöra hur mycket flexibilitet som elbilsladdning kan bidra med behöver aggregatorn upprätta prognoser över hur mycket effekt som mest sannolikt finns tillgänglig vid en viss tidpunkt – en punktprognos – men också en uppskattning av vilken effektnivå man kan vara nästan säker på att utfallet överstiger – en kvantilprognos. I den här studien har en undersökning gjorts av hur prognosfelet förändras om gruppen av aggregerade elbilsladdare ökas, och hur mycket en aggregator på så sätt kan sänka sina marginaler vid försäljning av efterfrågeflexibiliteten för att med säkerhet kunna uppfylla sitt bud. Det gjordes genom att kvantifiera flexibiliteten för 1 000 destinationsladdare belägna vid huvudsakligen arbetsplatser, och genom att skala upp och ner datamängden genom slumpmässiga urval. För dessa grupper gjordes sedan probabilistiska prognoser av flexibiliteten med en rullande medelvärdes- och en ARIMA-modell. Utifrån prognoserna simulerades slutligen potentiella intäkter om aggregatorn skulle använda den flexibla kapaciteten för uppreglering till stödtjänsten FCR-D upp, vilket är en frekvensreserv som aktiveras vid störningar av nätfrekvensen.  Resultaten visar att en tiodubbling av antalet aggregerade elbilsladdare mer än halverar det relativa prognosfelet. De båda prognosmodellerna visade sig ha jämförbar precision, vilket talar för att använda sig av den rullande medelvärdesmetoden på grund av dess lägre komplexitet. Den ökade säkerheten i prognosen resulterade dessutom i högre intäkter per laddare.  De genomsnittliga intäkterna av att leverera flexibilitet från 1 000 aggregerade elbilsladdare till FCR-D uppgick till 6 900 kr per månad, eller 0,8 kr per session – siffror som troligen hade varit högre utan coronapandemins ökade hemarbete. En 99-procentig konfidensgrad för kvantilprognosen resulterade i en säkerhetsmarginal med varierande storlek, som i genomsnitt var runt 90 procent för 100 laddpunkter, 60 procent för 1 000 laddpunkter samt 30 procent för 10 000 laddpunkter. Mest flexibilitet fanns tillgänglig under vardagsförmiddagar då ungefär 600 kW fanns tillgängligt som mest för 1 000 laddpunkter.  Att döma av tio års nätfrekvensdata är den sammanlagda sannolikheten för att över 50 procent aktivering av FCR-D-budet skulle sammanfalla med att utfallet för den tillgängliga kapaciteten är en-på-hundra-låg i princip obefintlig – en gång på drygt 511 år. Att aggregatorn lägger sina bud utifrån en 99-procentig konfidensgrad kan alltså anses säkert. / The electrification of the car fleet is taking place at a frenetic pace. Additionally, demand for electricity from other sectors of the Swedish society is expected to grow considerably in the coming decades, which in combination with an increasing proportion of intermittent energy sources puts increasing pressure on the electrical grid and prompts a need to adapt to these changes. A proposed solution to part of the power system's upcoming challenges is to utilize the flexibility available from charging electric vehicles (EVs) by letting an aggregator control a large number of EV chargers and sell the extra capacity to, for example, Svenska kraftnät's balancing markets. To quantify how much flexibility charging EVs can contribute with, the aggregator needs to make forecasts of how much power that is most likely available at a given time – a point forecast – but also an estimate of what power level the aggregator almost certainly will exceed – a quantile forecast. In this study, an investigation has been made of how the forecast error changes if the amount of aggregated EV chargers is increased, and how much an aggregator can lower their margins when selling the flexibility to be able to deliver according to the bid with certainty. This was done by quantifying the flexibility of 1000 EV chargers located at mainly workplaces, and by scaling up and down the data through random sampling. For these groups, probabilistic forecasts of the flexibility were then made with a moving average forecast as well as an ARIMA model. Based on the forecasts, potential revenues were finally simulated for the case where the aggregator uses the available flexibility for up-regulation to the balancing market FCR-D up, which is a frequency containment reserve that is activated in the event of disturbances. The results show that a tenfold increase in the number of aggregated EV chargers more than halves the forecast error. The two forecast models proved to have comparable precision, which suggests that the moving average forecast is recommended due to its lower complexity compared to the ARIMA model. The increased precision in the forecasts also resulted in higher revenues per charger. The average income from delivering flexibility from 1000 aggregated electric car chargers to FCR-D amounted to SEK 6900 per month, or SEK 0.8 per session – figures that would probably have been higher without the corona pandemic's increased share of work done from home. A 99 percent confidence level for the quantile forecast resulted in a safety margin of varying size, which on average was around 90 percent for 100 chargers, 60 percent for 1000 chargers and 30 percent for 10,000 chargers. Most flexibility was shown to be available on weekday mornings when approximately 600 kW was available at most for 1000 chargers. By examining frequency data for the Nordic power grid from the past ten years, the joint probability that a more than 50 percent activation of the FCR-D bid would coincide with the outcome for the available capacity being one-in-a-hundred-low, was concluded to be nearly non-existent – likely only once in about 511 years. For the aggregator to place bids based on a 99 percent confidence level can thus be considered safe.

I Sverige står hushållen för en stor del av den slutliga elanvändningen och deras konsumtionsmönster bidrar till att skapa höga förbrukningstoppar, särskilt under vintermånaderna när elbehovet är som störst. Om hushållen kunde tänka sig att vara mer flexibla i när de använder el skulle förbrukningstoppar kunna dämpas avsevärt och balansen mellan elproduktion och elanvändning bli lättare att upprätthålla. Idag utnyttjas inte efterfrågeflexibilitet i någon större utsträckning, förutom den från vissa elintensiva industrier. Den flexibla kapacitet enskilda hushåll skulle kunna bidra med är naturligtvis lägre än hos industrier, men sammanslaget skulle hushållskunders flexibilitet kunna ge en substantiell inverkan på elsystemet. Vid låga utetemperaturer finns det en uppskattad potential att genomföra effektjusteringar om cirka 1 400 – 3 100 MW om värmelasten hos drygt hälften av samtliga eluppvärmda hus i Sverige omdisponeras till andra tidpunkter, och ytterligare några hundra MW om drygt hälften av samtliga hushåll i Sverige vore flexibla i när de använder hushållsel. Enligt en studie av Broberg m.fl. (2016) skulle drygt hälften av hushållen i Sverige kunna tänka sig att vara flexibla, beroende på vad flexibel innebär. Hushåll som använder el för uppvärmning kan vara flexibla genom att tillfälligt öka eller minska inomhustemperaturen, eller om de använder el i kombination med något annat uppvärmningssätt – genom att byta energikälla. Justeringen kan även ske automatiskt om uppvärmningssystemet är utrustat med central styrutrustning. Om ett stort antal kunders flexibla laster samlas ihop av en marknadsaktör skulle den totala flexibla lasten kunna säljas som kapacitet på grossistmarknaden för el eller erbjudas som upp- eller nedregleringsbud på reglermarknaden. Studien av Broberg m.fl. (2014) har även analyserat hur stor ekonomisk kompensation hushåll vill ha i utbyte mot att vara flexibla. Sett till den flexibla kapacitet hushållskunders efterfrågeflexibilitet bedöms motsvara, cirka 1 400 – 3 100 MW, är kompensationskraven legitimerade, åtminstone om den flexibla kapaciteten erbjuds på någon marknadsplats för elhandel. Styrtjänster som innebär att elanvändningen automatiskt optimeras efter elpriset kan dock vara dyra idag, vilket innebär att det främst tros vara hushåll med hög elförbrukning som utnyttjar dem och de bör därför subventioneras. En annan form av flexibilitet är att anpassa elanvändningen efter det timvarierande elhandelspriset. Den enda förutsättningen för att konsumenten ska tjäna på en sådan anpassning är att elförbrukningen mäts och debiteras på timbasis, vilket är fallet för de relativt få kunder som har valt att teckna timprisavtal. På grund av att konsumentpriset på el inte varierar särskilt mycket saknas incitament för att kunder ska vilja anpassa sin användning efter priset. Det behövs därför en mer effektiv prissättning som exempelvis förstärker volatiliteten eller gör det dyrare eller billigare att använda el vid vissa tidpunkter. / In Sweden, residential consumers account for a large share of the final electricity consumption. Their consumption patterns pose great impact on the network power peaks, especially during the winter. If residential consumers were more flexible in their consumption, peaks would be alleviated considerably and the balance between electricity supply and demand would more easily be maintained. Today, demand side flexibility is not utilized to any greater extent, except the one from energy intensive industries. De flexible capacity a single household could contribute with is of course less than within industries, but if flexible capacity from a large number of households were bundled up it would provide a considerable impact on the electricity system. At low outdoor temperatures there is an estimated potential to reach power adjustments in the size of 1 400 – 3 100 MW if the heat load in just over half of the electric heated houses in Sweden were displaced, and a few hundred more if residential consumers were flexible in their consumption of domestic electricity. According to a study by Broberg et al (2016) approximately half the population would consider to be flexible in their electricity consumption under the right circumstances. Households that use electricity for heating can be flexible through temporarily adjust the indoor temperature, or – if they heat their homes with electricity in combination with another heat source – by switching heat source. The adjustment can also be automatic if the heating system is equipped with a central control unit. If flexible capacity from a large number of households is bundled up into grid worthy demand response by a market actor, the capacity could be offered as bids on organized electricity markets. The study by Broberg et al (2014) also analysed how much compensation households require in exchange for being flexible. The compensation levels are justified with regard to the flexible capacity that can be gathered form households, 1 400 – 3 100 MW, at least as long as the capacity is sold in an organized electricity market. Services for automatic control of heating systems, where the power output is optimized after the varying electricity price, can be expensive today, which indicates that mainly households with a high electricity consumption utilize them today. Hence, they need to be subsidized. Demand side flexibility can also be to manually change consumption patterns in response to price signals. The only precondition is that the electricity consumption is measured and billed on an hourly basis, which is the case for the relatively few consumers with hourly rate agreements. The volatility of the electricity price is however subdued due to the large share of fixed surcharges, which means there is lack of incentive for consumers to adapt their consumption in response to price variations. Hence, the volatility needs to be amplified through efficient pricing.

The Swedish electrical grid has historically been robust and reliable, but with increased electrification in numerous sectors, out-phasing of nuclear power and a high market diffusion of wind power, the system is now facing challenges. The rotational energy in the system is expected to decrease as a result of higher shares of intermittent energy sources, which can affect the stability of the grid frequency negatively. To manage increased frequency drops, the new Fast Frequency Reserve (FFR) market will be implemented by June 2020 in the Nordic power system. Simultaneously, it is expected that the demand of electricity will increase significantly in the transport and industry sectors in the coming years. Several DSOs already today indicate challenges with capacity and power security and have or will implement power tariffs as an economic incentive to prevent these problems. For energy intensive customers, such as industries, it will become important to reduce power peaks to avoid high grid fees. Several peak load shaving strategies can be utilized by industries to reduce their power peaks and thus the power tariff. The aim of this study is to economically analyze peak load shaving for Swedish industries. This is done using Li-Ion BESS and DSM, and to maximize the utilization of the BESS by including energy arbitrage and FFR market participation into the analysis. Firstly, a literature review is conducted within the topics of peak load shaving strategies, energy arbitrage and ancillary services. Secondly, data is gathered in collaboration with WSP Systems – Energy, the initiators of the project, to conduct case studies on two different industries. These cases are simulated in the modeling software SAM, for technical analysis, and then economically evaluated with NPV. Also, nine scenarios are created for the emerging FFR market concerning the number of activations per year and the compensation price per activation. The results from the case studies indicate that peak load shaving of 1 – 3 % with BESS provides a positive NPV for both case industries. However, higher percentages result in negative NPVs when no additional revenue streams are included. When considering energy arbitrage, it is concluded that the additional revenues are neglectable for both industries. Participating in the FFR market provides similar trends in the results as before. The exception is valid for scenarios with high numbers of FFR activations and compensation prices, where positive NPVs for all levels of peak load shaving can be concluded. The peak load shaving strategy DSM is implemented for one of the industries, where efficiency measures are concluded to have the most impact on the economic evaluation. If all efficiency measures would be implemented, the electricity consumption would be reduced by 17 %. Additionally, the power peaks would be reduced with 18 % and result in a significantly more positive NPV than peak load shaving using BESS. A sensitivity analysis concerning BESS capital cost and power tariff price concludes that the BESS price has a strong relation to the NPV, where a BESS price reduction of 60 % results in an NPV increase of at least 100 %. BESS prices have decreased the past years and are expected to keep decreasing in the future. Hence, investments in BESS can become more profitable and attractive in the coming years. Finally, for future research, it is recommended to combine the methodology from this study together with a load forecasting method. This combined methodology could then be practically applied to case specific industries with high peak loads. / Det svenska elnätet har historiskt sett varit robust och pålitligt, men i takt med ökad elektrifiering i flera sektorer, utfasning av kärnkraft samt ökad mängd installerad vindkraft ställs nu systemet inför nya utmaningar. Bland annat förväntas rotationsenergin i systemet minska som ett resultat av högre andelar intermittenta energikällor i systemet. För att hantera detta kommer den nya Fast Frequency Reserve (FFR) marknaden finnas tillgänglig från och med juni 2020. Samtidigt förväntas även efterfrågan på el inom transport- och industrisektorn öka markant de kommande åren. Redan idag är effektbrist ett problem i vissa regioner, vilket kan komma att förvärras. Många nätägare ska eller har redan infört effekttariffer för utnyttjande av deras elnät, vilket är ett ekonomiskt incitament för att hantera effektproblematiken där kunder med en mer flexibel elkonsumtion kommer gynnas. För större elförbrukare, som exempelvis industrier, kan det bli ekonomiskt betydelsefullt att sänka sina effekttoppar och därmed undvika höga nätavgifter. För att minska effekttoppar finns ett flertal så kallade peak load shaving-strategier, som kan utnyttjas av industrier för att minska kostnaderna för effekttariffen. Syftet med denna studie är att analysera peak load shaving för svenska industrier, med hjälp av ett Li-Ion batterilagringssystem och efterfrågeflexibilitet, samt maximera utnyttjandet av batteriet genom att inkludera energiarbitrage och deltagande i FFR-marknaden i analysen. Ett första steg i arbetet är att utföra en litteraturstudie för de berörda områdena. I ett andra steg insamlas data tillsammans med WSP, initiativtagaren av projektet, för att kunna göra en fallstudie på två industrier. För dessa fallstudier undersöks de tekniska förutsättningarna för att implementera peak load shaving-strategier genom modellering i simuleringsprogrammet SAM. Sedan utreds de ekonomiska förutsättningarna för fallstudierna, där NPV används som ekonomiskt nyckeltal. Dessutom skapas nio scenarion för den kommande FFR-marknaden för att uppskatta kostnader och inkomster. Resultatet av fallstudien visar att 1 – 3 % kapade effekttoppar med batterilagring ger ett positivt NPV för båda industrierna. Över 3 % blir resultatet negativt utan ytterligare inkomstströmmar inkluderade. Energiarbitrage konstateras att bidra med marginella positiva fördelar. Vid inkludering av FFR-marknaden i analysen erhålls liknande trender i resultaten, bortsett från scenarion med relativt högt antal avrop och pris. I dessa fall blir även 4 – 10 % kapade effekttoppar ekonomiskt attraktiva. För en av industrierna utvärderas efterfrågeflexibilitet, där effektivisering av elkrävande processer har störst inflytande på resultatet. Vid implementering av samtliga effektiviseringsåtgärder skulle elkonsumtionen minska med 17 %. Dessutom minskar effekttopparna med 18 %, vilket resulterar i ett signifikant mer positivt NPV, jämfört med användningen av batterilager. En känslighetsanalys gällande batteripris och effekttariffer, konstaterade att batteripriset har en stark påverkan på NPV. Vid en batteriprisminskning på 60 % ökar NPV med minst 100 %. Därmed kan batteriinvesteringar bli mer gynnsamma och attraktiva om batteripriser fortsätter att falla, vilket flera prognoser indikerar. Slutligen rekommenderas framtida studier att kombinera metodiken från detta arbete med en prognostiseringsmetod för elanvändning i industrier. Denna kombinerade metod kan sedan praktiskt tillämpas på fallspecifika industrier med höga effekttoppar.

The power grid faces major and escalating challenges in maintaining the power balance whilst society transitions towards increased sustainability. One promising solution to this challenge is found in the concept of demand response, where consumers adapt their energy demand due to some incentive in order to help balance the power grid. This study analyses the technical potential for industrial energy consumers to provide demand response by combining theory on demand response with theory on operations management and puts this to the test through a case study of a Swedish industrial sheet metal plant. In the study relevant factors such as energy and productivity parameters as well as planning and business models are shown to restrict the demand response potential. Different kinds of load shape objectives are analyzed, where peak clipping is shown to be simple but costly whilst load shifting is shown to be more complex but with the potential of offering demand response without affecting the overall productivity of the plant. These results help expand the picture of industrial consumer demand reponse from a static value depending on the economical incentive into a more complex concept that requires further research and optimization.

The Swedish electricity system is transitioning due to the establishment of climate policy goals and trends related to technology and demographics. The transition has resulted in an increased demand for electricity. The increased demand for electricity in combination with lack of forecasts, planning and coordination between actors in the electricity sector has led to the occurrence of grid congestion. Extending the network is time-consuming and requires substantial investments. Instead, an alternative is to utilise the available grid capacity more efficiently by implementing flexibility solutions. Flexibility can be achieved by implementing incentives such as grid tariffs. This solution has recently gained much attention in Sweden, but it is not apparent how grid tariffs should be designed. The purpose of this thesis is to investigate how distribution grid tariffs could be designed to incentivise different actors to contribute to flexibility in a way that results in an efficient use of the electrical grid. A qualitative study was performed, collecting empirical data through semistructured interviews with actors in the Swedish electricity market. The aim is that the results from this thesis will act as a basis for DSOs planning to design grid tariffs with the purpose to utilise the grid more efficiently. The findings present a ToU capacity charge with off-peak periods that are free of charge as the preferable main price signal in the tariff to achieve efficient utilisation of the grid. It is further argued that other structural elements can complement the ToU capacity charge. A small fixed charge could be added in order to contribute to the cost reflectiveness of the grid tariff. A small energy charge could be incorporated in order to provide consumer with incentives to be flexible below the current metered maximum power and strengthen the signal from the ToU capacity charge. A small energy charge can avert difficulties related to providing incentives below the current metered maximum, as it still can provide some incentives to be flexible, or strengthen the signal from the ToU capacity charge. Further, the energy charge can ensure sustainability if customers respond well to a ToU capacity charge and to compensate solar PV customers. Furthermore, recommendations to further enable the grid tariffs potential to provide price signals include shifting the focus of the revenue cap from CapEx to OpEx and exploring the hampering signals of the energy tax as well as contradicting price signals from the wholesale electricity price. / Det svenska elsystemet genomgår en förändring till följd av införandet av klimatmål och trender relaterade till teknik och demografi. Denna förändring har resulterat i ett ökat effektbehov. Ett ökat effektbehov i kombination med bristande prognostisering, planering och samordning mellan aktörer inom elsektorn har lett till uppkomsten av kapacitetsbrist. Att bygga ut elnätet är tar tid och kräver större investeringar. Ett alternativ är att istället utnyttja det befintliga elnätet mer effektivt genom att implementera flexibilitetslösningar. Flexibilitet kan uppnås genom att införa incitament i form av elnätstariffer. Denna lösning har nyligen fått mycket uppmärksamhet i Sverige, men det är inte klart inte hur dessa elnätstariffer ska utformas. Syftet med detta arbete är att undersöka hur distributionsnätets tariffer kan utformas för att stimulera olika aktörer att bidra med flexibilitet på ett sätt som resulterar i en effektiv användning av det befintliga elnätet. En kvalitativ studie genomfördes där empiriska data samlades in genom semistrukturerade intervjuer med aktörer på den svenska elmarknaden. Syftet är att resultaten från detta arbete ska fungera som ett underlag för nätägare som planerar att utforma elnätstariffer med syftet att utnyttja nätet mer effektivt. Resultaten visar att en ToU-effektavgift med gratis off-peak perioder bör vara den huvudsakliga prissignalen i en elnätstariff som ämnar att utnyttja det befintliga nätet mer effektivt. Det visar även att andra strukturella element kan komplettera ToU-effektavgiften. En mindre fast avgift kan adderas i syfte att göra elnätstariffen mer kostnadsriktig. En mindre energiavgift kan införas för att ge kunder incitament att vara flexibla även under den nuvarande uppmätta maximala effekten och stärka signalen från ToU-effektavgiften. Vidare kan energiavgiften säkerställa tillräckliga intäkter för nätägaren om kunderna svarar bra på en ToU-effektavgift och för att kompensera kunder med solceller. Ytterligare rekommendationer för att möjliggöra prissignaler genom elnätstariffer inkluderar att skifta fokus på intäktsramen från CapEx till OpEx och utforska de hämmande prissignalerna från energiskatten och de motstridiga prissignalerna från elhandelspriset.

The electricity system will go through massive changes in the coming years. Smartgrids are becoming more popular. The phasing out of fossil fuels in electricity production in favour of renewable power sources will entail challenges. To handle these challenges, the Swedish Energy Markets Inspectorate (Ei) has identified demand side flexibility as a partial solution. Ei has presented new functionality demands on electricity meters, which aim at working for an increase of demand side flexibility. The aim of this report is to investigate how smart meters and the new functionality demands contribute in making customers become more active, along with how customers can be motivated to change their behaviour. The findings from this report show that the new demands do not directly lead to more demand side flexibility. Instead they enable other actors to develop services that could lead to customers contributing with demand side flexibility. In the energy sector, it is assumed that customers need to see an economic benefit in order to contribute with flexibility. This report finds that this is not entirely the case. Customers can be motivated by other things, such as protecting the environment. Important factors for customers are that they experience the same comfort as before, along with simplicity. Therefore, automatic steering is the preferable option which might entail the need for economic subsidies since investing in automatic systems will be economically notable. Once a considerable amount of customers are contributing with flexibility, social pressure might motivate remaining customers to do the same.